Polyetylenglykol-hydrofilní uhlíkaté klastry vytvořené na Rice University selektivně působí na T-buňky a inhibují jim jejich zabijácké choutky. Kredit: Errol Samuel

Na OSLU jsme vás již o terapeutickém využití tetování informovali. To když vědci z Deutsches Krebsforschungszentrum v Heidelbergu ve spolupráci s Danou Pokornou z Ústavu hematologie a krevní transfúze v Praze prokázali, že tetování je účinnější než tradiční injekce do svalu. Krátké úseky DNA podané tetováním, navodí řádově vyšší hladinu protilátek než když se stejná dávka podá intramuskulárně. Je zbytečné dodávat, že v případě průšvihu je pro nás lepší, když nám v krvi koluje desetkrát více protilátek.

I tentokrát se problém týká imunitního systému. Jen to je poněkud z jeho opačné strany. Jak známo je to dobrý sluha, ale zlý pán. Jakmile se z nějakého důvodu pomate a začne bojovat proti našim vlastním tkáním, dostáváme se na nejlepší cestu stát se astmatikem, alergikem, revmatikem a nebo občanem slabomyslným.

Klíčovými složkami imunitního systému jsou bílé krvinky. Lymfocyty T, lymfocyty B a makrofágy. Poměrně častým následkem alergické reakce je onemocnění zvané roztroušená skleróza. V jejím případě jsou také hlavními hráči T buňky. Jen si usmyslely, že jejich nepřítel je myelin, kterými máme obalené výběžky neuronů. Když neurony o svůj  obal přijdou, začnou mít s vysíláním vzruchů problém. A pokud signál přece jen projde, přenáší se i na vlákna kam nemá a dochází k „přeslechům“. To se projevuje, tak říkajíc, vším možným i nemožným a každou chvíli jinak. Vždy to ale končí šířícími se zánětlivými ložisky a roztroušenými lézemi  v mozku s diplomaticky řečeno, nesprávným fungováním centrální nervové soustavy.

Pravdou je, že již do jisté míry alergické a autoimunitní reakce tlumit umíme. Nejpoužívanějšími látkami k tomu jsou širokospektrální imunosupresiva. Ty ale kromě těch žádoucích účinků, mají i ty nežádoucí. Tlumí imunitní systém jako celek čímž zhoršují odolnost vůči infekcím. A kdyby jen to. Jako bonus nám zvyšují i riziko vzniku rakoviny. Imunitní systém má v popisu práce také likvidovat i geneticky zvrhlé buňky. Denně jsou jich i stovky a i tato chvályhodná činnost je imunosupresivy do jisté míry dotčena.

Tmavé skvrny v mitochondriích bílých krvinek jsou nanočástice s antioxidačními vlastnostmi. Připravili je na Rice University a účinky testovali na Baylor College of Medicine. Ukázalo se, že je z prostředí selektivně vychytává pouze typ lymfocytů zvaný T buňky. Nanočástice jejich aktivitu utlumí a pomáhají tak držet na uzdě autoimunitní choroby, jakou je například roztroušená skleróza. (Kredit: Redwan Huq a Debra Townley / Baylor College of Medicine)

Alternativní způsob léčby autoimunitních onemocnění představují antioxidanty. Chrání buňky před působením volných radikálů. To jsou zlomky molekul, kterým chybí jeden elektron což je činí vysoce reaktivními. Jak tak ve svém okolí vyhledávají jiný elektron, poškozují ve svém okolí kde co. Elektron radikálům mohou poskytnout antioxidanty. Jenže i v jejich případě tu je problém. Volné radikály nejsou jen škodlivé. Jsou potřebné pro zajištění komunikace uvnitř buněk i při předávání signálů mezi buňkami. Imunitní systém s jejich pomocí likviduje infekce. Kostní buňky bez jejich signálů odmítají remodelovat kost a u vajíček se volné radikály účastní aktu oplodnění. Je nasnadě, že vysoké dávky antioxidantů nejsou řešením. Mohou napáchat víc škod než užitku.

Nyní se zdá, že vědci přišli na to, jak účinek antioxidantů nasměrovat jen žádoucím směrem. Jejich funkci (antioxidantů) totiž umí zastat i nanočástice uhlíku. O těch je známo, že je do sebe rády buňky imunitního systému inkorporují. I těmito nanočásticovými antioxidanty „nacpané“ buňky pak přicházejí o své válečnické choutky. Zklidnění hrdlořezové přestávají útočit i na vlastní tkáně a to alergikům zmírňuje jejich trampoty. A v případě zmíněné roztroušené sklerózy zachraňuje mozek před zkázou.

Nizozemská světice Svatá Lidwina (1380 – 1433). V patnácti letech při bruslení upadla a zlomila si žebro. Nikdy se už plně neuzdravila. Její životopisci uvádějí, že postupně ochrnula s výjimkou levé ruky. Fyzicky chátrala, přidávala se krvácivost z úst, uší a nosu. Popis příznaků je tak podrobný, že jí lékaři prohlásili za prvního známého pacienta s roztroušenou sklerózou. Její pád a následné postižení připisují alergologové na vrub roztroušené sklerózy. (Kredit: Wikipedie, volné dílo)

A nyní pozor, přijde to nejdůležitější, co z obyčejných antioxidačních částic dělá neobyčejné. Podařilo se to vědcům z Rice University. Christine Beetonová vedoucí kolektivu a spoluautorka článku v Scientific Reports již delší dobu koketovala s modifikací nanočástic, která spočívá v  použití PEG. Pod pojmem modifikace PEG se neskrývá nic složitého. Pouhé zabalení uhlíkatých struktur do obyčejného polyetylenglykolu. Právě v něm měli výzkumníci štěstí. Víceméně náhodou přišli na něco, co si rády přivlastňují T buňky a čeho si jiné buňky imunitního systému nevšímají. Ty přítomnost nanočástic nechává zcela chladnými.

To že makrofágy si nanočástic nevšímají, je poněkud nepochopitelné. Zastávají totiž v naší krvi a tkáních úlohu hlavních „metařů“. Jsou to především oni, co nás zbavují ode všeho zlého. Podezřelé věci pozřou a zapouzdří do cytoplazmatického váčku. Jeho obsah pak pomocí enzymů degradují jako v drtičce. Zbavují nás tak virů, bakterií i rozpadlých buněk. Částečky antioxidantů zachumlané v rouše beránčím, které jim vědci ušili z polyetylenglykolu, makrofágy zcela ignorují. Zato T buňky si je ochotně přivlastňují a v jejich útrobách následně svou tlumící roli, bezezbytku splní. A to je na tom všem to hlavní. Selektivně utlumená aktivita jednoho typu buněk a díky tomu mnohem zachovanější obranyschopnost ostatních buněk.

I když střední délka života pacientů s roztroušenou sklerózou je téměř stejná jako u zdravých vrstevníků, na roztroušenou sklerózu doposud neexistuje žádná známá kauzální léčba. Stávající léky se zaměřují na zmírnění obtíží a předcházení nových atak, zpomalení progrese onemocnění. Podle vedoucí kolektivu Christine Beeton (vpravo) spolu s prvním autorem publikace Redwan Huq, by to obalené nanočástice uhlíku měly změnit. (Kredit: Agapito Sánchez Jr./Baylor College of Medicine)

Nanočástice syntetizované chemikem James Tour v Rice laboratoři už na hlodavcích testem na akutní toxicitu prošly a bez ztráty kytičky. Asi se s nimi v tisku budeme brzo setkávat i v humánní medicíně a nejspíš pod označením PEG-HCC (spojením zkratky pro polyetylenglykol + hydrofilní uhlíkatý klastr). Klastrem se zde míní shluk atomů uhlíku, struktura podobná grafenu, ale různě uspořádaných atomů.  Ve časopise popsané studii se píše o klastrech 35 nm dlouhých, 3 nanometry širokých s výškou jednoho atomu. Po přidání polyetylenglykolu se jejich struktura zformovala do přibližně kulovitého tvaru o velikosti 100 nanometrů. Takové částečky si i přes svůj polyetylenglykolový župánek, ponechávají vlastnost vysoce reaktivního uhlíku. Ten v tkáni působí jako účinný lapač reaktivních molekul (superoxidů). Látky, kterou buňky imunitního systému exprimují, když se brání invazi mikroorganismů. T buňky používají peroxid při signalizaci. Přepíná je do aktivního stavu. Tím, že si PEG-HCC naberou buňky z vnějšího prostředí do svých těl, připraví se tím o superoxidy a to jim brání přepnout se do stavu všeho schopných a nezvladatelných zabijáků.

Pro tetování PEG-HCC nanočásticemi se kromě léčby alergií nabízejí i další možnosti použití. Například při traumatickém poranění mozku. I tehdy vzniká nadprodukce superoxidů v míře, která navozuje masivní úmrtí nervových buněk. Tetování tak má šanci si rychle najít cestu i tam, kde se pravda prosazuje majznutím po hlavě. (Kredit: Josef Lada)

I když lze nanočástice vpravovat do krevního řečiště přímo, aplikace tetováním je podle výsledků testů mnohem rozumnější. Dávkování se provádí šetrně, postupně a samo. Jednu nevýhodu léčebné tetování ale přece jen má. V místě aplikace uhlík přivodí pacientům nevzhledné tmavé skvrny. Lze to řešit výběrem míst, která pohledům zůstávají skryta. Nicméně mládí by možná dokonce i uvítalo náplasti s mikrojehlami, po nichž by na kůži zůstal obrázek jako po návštěvě tattoo salonu. Na rozdíl od pravého tetování je to léčebné jen dočasné. Postupně si nanočástice z kůže přivlastní lymfocyty a s nimi se časem barvivo přesune do sleziny.

Američtí vědci z Ústavu molekulární fyziologie, Baylor College of Medicine v Houstonu dali svým poznatkem imunologům do ruky novou, přesnější zbraň k umravňování poblázněného imunitního systému. Alergikům šanci na léčbu, která jim nežádoucími efekty bude méně kazit radost ze života. Pacientům s roztroušenou sklerózou poskytli naději, že si delší dobu budou moci uchovat zdravý rozum.

Literatura

Redwan Huq et al. Preferential uptake of antioxidant carbon nanoparticles by T lymphocytes for immunomodulation, Scientific Reports (2016). DOI: 10.1038/srep33808 Rice University